To tylko jedna z 11 stron tej notatki. Zaloguj się aby zobaczyć ten dokument.
Zobacz
całą notatkę
Filtracja
Oddzielanie cząstek ciała stałego od cieczy (lub gazu) należy do procesów separacji faz. Jednym ze sposobów oddzielania cząstek stałych od płynu jest filtracja. Proces ten zachodzi dzięki temu, że po jednej stronie przegrody filtracyjnej panuje inne ciśnienie niż po drugiej. W czasie filtracji, na przegrodzie filtracyjnej osadzają się cząstki stałe, a klarowna ciecz przechodzi na drugą stronę przegrody. Warstwa filtrująca stawia opór podczas przepływu, zatem proces ten jest wykorzystywany tylko wtedy, gdy na przykład niemożliwe jest oddzielenie cząstek stałych w procesie sedymentacji.
W zastosowaniach przemysłowych celem procesu filtracji może być oczyszczenie cieczy z niepożądanych cząstek stałych, wówczas mamy do czynienia z tak zwaną filtracją oczyszczającą (oczyszczanie soków czy wina). W innym przypadku, gdy produktem ma być ciało stałe mówimy o filtracji rozdzielającej (wytwarzanie pigmentów, kryształów czy drożdży). Jak wspomniano najistotniejszym elementem urządzenia do filtracji jest przegroda filtracyjna. Filtracja wgłębna
W procesach filtracji zawiesin o niewielkim stężeniu ciała stałego wykorzystuje się przegrody filtracyjne, które gromadzą cząstki stałe w swoim wnętrzu, jest to tak zwana filtracja wgłębna. Przegrodę filtrującą stanowi wówczas warstwa zbudowana z porowatego materiału, na przykład gruba tkanina czy warstwa dużych cząstek stałych. W trakcie procesu na wewnętrznej powierzchni przegrody (w porach tkaniny, na powierzchni cząstek stałych) osadzają się drobiny zawiesiny, które z czasem zamykają drogę przepływu oczyszczonej cieczy (czy gazu). Zatem przegrody filtracyjne muszą być okresowo oczyszczane. Najbardziej popularnym procesem filtracji wgłębnej jest oczyszczanie wody z osadów powstających w czasie natleniania surowej wody w komunalnych zakładach produkcji wody pitnej. Przegrodę filtracyjną stanowi wówczas warstwa usypanych żwirów o różnej granulacji. Można przyjąć, że czas pracy warstwy o dostatecznie wielkiej objętości jest na tyle długi, że jej właściwości, a szczególnie opory przepływu są stałe. Schemat takiego procesu przedstawia rysunek. Jeśli proces filtracji zachodzi pod wpływem sił grawitacji, to ciśnienie nad zawiesiną i pod podporą warstwy filtrującej jest jednakowe (atmosferyczne). Wówczas siłą napędowa procesu jest tylko różnica ciśnień wywołana przez słup cieczy. Jeśli zawiesina podawana jest okresowo, to wysokość warstwy filtrującej maleje w sposób ciągły, natomiast jeśli strumień dopływu zawiesiny równy jest strumieniowi odbioru filtratu, to wysokość warstwy cieczy nad warstwą filtrującą jest stała i wynosi H. W tym ostatnim przypadku równanie Bernoulliego dla przekrojów 1 i 2 ma postać:
gdzie:
(…)
… usypanego złoża w warunkach przepływu laminarnego można opisać za pomocą równania Mc Leva:
.
Prędkość występująca w tym wzorze obliczana jest ze strumienia objętości filtratu . Jeśli wysokość warstwy zmienia się, to także zmienia się strumień objętości, zatem w ogólnym przypadku:
Wobec tego strumień objętości filtratu (objętościowa szybkość filtracji, m3/s) można obliczać ze wzoru:
Wprowadźmy oznaczenie…
… ziarna kuliste, natomiast osady ściśliwe najczęściej występują w przemyśle spożywczym, gdy mamy do czynienia z ziarnami o kształtach wyraźnie różniących się od kuli.
Na poniższym rysunku przedstawiono przebieg zmian ciśnienia wewnątrz warstwy osadu i na grubości tkaniny filtracyjnej.
Na podstawie eksperymentów w skali laboratoryjnej stwierdzono, że warstwa osadu o różniczkowej grubości stawia opór proporcjonalny do tak zwanego zgniotu zgodnie z następującą zależnością:
Stała zwana jest współczynnikiem ściśliwości osadu, a stała charakteryzuje osad. Wielkość oblicza się jako:
Aby obliczyć opór stawiany przez osad ściśliwy należy napisać równanie w postaci różniczkowej:
Jeśli pominąć opór tkaniny filtracyjnej, to strumień filtratu można opisać równaniem, które można odnosić zarówno do różniczkowej…
… przeliczyć na nowe warunki zgodnie z zależnością:
Filtracja plackowa przy stałej szybkości odbioru filtratu
Proces filtracji plackowej można wykonywać także w taki sposób, aby strumień objętości odbieranego filtratu był stały. Taki sposób wymaga ciągłego zwiększania różnicy ciśnień, gdyż narastający placek filtracyjny stawia coraz większy opór. Równanie Rutha-Carmana przybierze wówczas następującą postać…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)